Для высокопрочного чугуна требуется степень сфероидизации литья 4-го класса или выше (т.е. степень сфероидизации 70%). В обычных литейных цехах степень сфероидизации составляет около 85%. В производстве отливок для ветроэнергетики и в отраслях с высокими требованиями к качеству литья требуется степень сфероидизации 2-го класса, т.е. степень сфероидизации более 90%. Благодаря анализу и усовершенствованию процесса сфероидизации и обработки инокуляцией, а также использованию сфероидизатора и инокулянта, первоначально применявшихся в стали QT400-15, степень сфероидизации высокопрочного чугуна достигла более 90%.

Для повышения степени сфероидизации был усовершенствован исходный процесс сфероидизации и инокуляции. Основные меры включают: увеличение количества сфероидизатора и инокулянта, очистку расплавленного железа, десульфуризацию и т. д. Степень сфероидизации была протестирована с использованием испытательного блока в виде клина диаметром 25 мм. Конкретный план выглядит следующим образом:

(1) Был проанализирован причинный уровень сфероидизации исходного процесса. Считалось, что количество сфероидизатора было слишком малым, поэтому количество добавляемого сфероидизатора было увеличено с 1.3%~1.4% до 1.7%, но уровень сфероидизации не соответствовал требованиям.

(2) Другая версия заключается в том, что низкая скорость сфероидизации может быть вызвана плохой инокуляцией или снижением эффективности инокуляции. Поэтому дозировка инокуляции была увеличена с 0.7%~0.9% до 1.1%, и скорость сфероидизации не соответствовала требованиям.

(3) Дальнейший анализ показал, что причиной низкой скорости сфероидизации могут быть высокие включения в расплавленном железе и высокий уровень элементов, препятствующих сфероидизации. Поэтому расплавленное железо очищали при высокой температуре. Температура высокотемпературной очистки обычно поддерживалась на уровне 1500±10℃, но скорость сфероидизации все еще не превышала 90%.

(4) Высокое содержание ω (S) серьезно расходует сфероидизирующий агент и ускоряет снижение сфероидизации. Поэтому была проведена обработка десульфуризацией для снижения содержания ω (S) в исходном жидком железе с исходных 0.035% до менее 0.020%, но степень сфероидизации достигла лишь 86%.

Результаты испытаний вышеупомянутых четырех схем не соответствовали требованиям.

Окончательная схема улучшений принята.

Меры по улучшению

Когда содержание ω (S) в расплавленном железе превышает 0.02%, для предварительной десульфуризации в печи используется промышленная кальцинированная сода. Поскольку реакция десульфуризации является эндотермической, температуру десульфуризации необходимо контролировать на уровне около 1500 °C. Количество добавляемой кальцинированной соды регулируется в диапазоне 1.5% ~ 2.5% в зависимости от содержания ω (S) во время предварительной плавки в печи. При этом используется обычный мешочек для сфероидизации. Сначала на одну сторону мешочка у дна добавляют 1.7% сфероидизирующего агента Foseco NODALLOY7RE, уплотняют и утрамбовывают его, а затем последовательно покрывают 0.2% порошкообразного карбида кремния и 0.3% мелких кусочков 75SiFe. После уплотнения накройте его железным прутком и добавьте 0.3% инокулянта Foseco 390 на другую сторону мешка с расплавленным железом. При разливке сначала влейте 55–60% всего расплавленного железа. После завершения реакции сфероидизации добавьте 1.2% 75SiFe-C. После инокулянта залейте оставшееся расплавленное железо, а шлак удалите и вылейте.

Результаты теста

4. Анализ результатов

4.1 Влияние основных элементов на скорость сфероидизации

C, Si: C способствует графитизации и снижает склонность к образованию белого чугуна, но высокое содержание ω (C) приводит к слишком высокому коэффициенту цементации (CE) и легкому всплыванию графита, которое обычно контролируется на уровне 3.7%–3.9%. Si может усиливать способность к графитизации и устранять цементит. При добавлении Si в качестве затравки способность расплавленного чугуна к переохлаждению может быть значительно снижена. Для улучшения эффекта затравки содержание ω (Si) в исходном расплавленном чугуне увеличивается с исходных 1.3%–1.5% до 0.8%–1.2%, а ω (конечное содержание Si) контролируется на уровне 2.60%–3.00%.

Марганец (Mn): В процессе кристаллизации Mn увеличивает склонность чугуна к переохлаждению и способствует образованию карбидов (FeMn)₃C. В процессе эвтектоидного превращения Mn снижает температуру эвтектоидного превращения, стабилизирует и измельчает перлит. Mn оказывает незначительное влияние на скорость сфероидизации. Из-за влияния сырья ω(Mn) обычно контролируется на уровне <0.30%.

P: Когда ω (P) <0.05%, он растворяется в Fe, и образование эвтектики фосфора затруднено, что мало влияет на скорость сфероидизации высокопрочного чугуна.

Сера (S): Сера является антисфероидизирующим элементом. В процессе сфероидизации сера расходует магний и редкоземельные элементы в сфероидизирующем агенте, препятствует графитизации и снижает скорость сфероидизации. Сульфидные включения также возвращаются в состояние серы до затвердевания расплавленного железа, снова расходуя сфероидизирующие элементы, ускоряя снижение сфероидизации и дополнительно влияя на ее скорость. Для достижения высокой скорости сфероидизации содержание серы (ω) в исходном расплавленном железе должно быть снижено до уровня ниже 0.02%.

4.2 Очистка от серы

После расплавления шихты отберите образцы для анализа химического состава. Если содержание ω (S) превышает 0.02%, следует провести обработку десульфуризацией.

4.3 Предварительная деоксидация, сфероидизация и инокуляция

Фосеко 390 в качестве предварительной обработки выполняет функцию предварительной деоксидации в упаковке, увеличивая при этом ядро ​​зарождения графита и количество графитовых включений на единицу площади. Он также улучшает скорость поглощения магния, значительно повышает устойчивость к деградации и скорость сфероидизации. Инокулянт Фосеко содержит ω (Si) = 60% ~ 70%, ω (Ca) = 0.4% ~ 2.0%, ω (Ba) = 7% ~ 11%, при этом барий может продлить эффективное время инокуляции.

Сфероидизатор Foseco марки NODALLOY7RE имеет следующие характеристики: ω (Si) = 40% ~ 50%, ω (Mg) = 7.0% ~ 8.0%, ω (RE) = 0.3% ~ 1.0%, ω (Ca) = 1.5% ~ 2.5%, ω (Al) < 1.0%. Поскольку расплавленный чугун был десульфурирован и предварительно раскислен, количество элементов, расходующих сфероидизатор в расплавленном чугуне, значительно уменьшилось. Поэтому для уменьшения ухудшения морфологии сфероидального графита под действием редкоземельных элементов был выбран сфероидизатор с низким содержанием ω (RE); основными элементами, играющими сфероидизирующую роль, являются Mg; Ca и Al могут способствовать усилению инокуляции.

5. Заключение

При производстве ферритного высокопрочного чугуна, требующего степени сфероидизации более 90%, могут быть приняты следующие меры:

(1) Выберите высококачественную шихту для печи, чтобы уменьшить количество антисфероидизирующих элементов в шихте.

(2) Выберите сфероидизатор с низким содержанием ω (RE), чтобы уменьшить ухудшение морфологии сфероидального графита под действием RE.

(3) Содержание ω (S) в исходном расплаве железа должно быть менее 0.020%, что может снизить расход сфероидизаторов, особенно сфероидизирующих элементов, расходуемых при вторичной сульфидизации сульфидного шлака.

(4) Предварительная обработка жидкого железа для деоксидации может увеличить количество графитовых шариков на единицу площади, улучшить скорость сфероидизации, значительно повысить устойчивость к деградации и продлить эффективное время инокуляции.

(5) Снизить содержание ω (Si) в исходном жидком железе, увеличить количество сфероидизаторов, инокулянтов и различных агентов предварительной обработки, а также усилить обработку инокуляцией.